Введение

Книга Брайана Грина "Ткань космоса: пространство, время и текстура реальности" (2004) – вторая книга о теоретической физике, космологии и теории струн, написанная Брайаном Грином, профессором и содиректором Института струн, космологии и физики астрочастиц Колумбийского университета (ISCAP).

Введение

Грин начинает с ключевого вопроса: "Что такое реальность?", или, точнее, "Что такое пространство-время?". Он стремится описать те особенности, которые он находит одновременно увлекательными и существенными для формирования целостного представления о реальности, которую рисует современная наука. Практически в каждой главе Грин знакомит с базовыми понятиями, а затем постепенно наращивает напряжение, обычно кульминацией которого становится научное открытие. Далее Грин пытается установить контакт с читателем, используя простые аналогии, чтобы помочь понять смысл научной концепции, не прибегая к чрезмерному упрощению лежащей в ее основе теории. В предисловии Грин признает, что некоторые части книги являются предметом дискуссий среди ученых. Он рассматривает основные точки зрения в основном тексте и спорные вопросы – в концевых примечаниях. В этих примечаниях содержатся более подробные объяснения моментов, которые упрощены в основном тексте.

Часть I: Арена реальности

Основная тема первой части – пространство и время. Глава 1, «Дороги к реальности», знакомит с тем, что будет рассмотрено в книге далее, включая обсуждения классической физики, квантовой механики и космологической физики. В главе 2 «Вселенная и ведро» ключевым понятием является пространство. Вопрос, поставленный Грином, звучит так: «Является ли пространство человеческой абстракцией или физической реальностью?» Ключевой мысленный эксперимент – вращающееся ведро с водой, призванное заставить задуматься о природе силы, ощущаемой внутри ведра при его вращении. Подробно рассматриваются идеи Исаака Ньютона, Эрнста Маха и Готфрида Лейбница относительно этого эксперимента. Глава 3 «Относительность и абсолютное» посвящена пространству-времени. Теперь вопрос заключается в следующем: «Является ли пространство-время абстракцией Эйнштейна или физической реальностью?» В этой главе обсуждаются концепции специальной и общей теории относительности, а также их значение для понимания пространства-времени. В главе 4 «Переплетение пространства» Грин исследует революцию, вызванную квантовой механикой, сосредотачиваясь на том, что значит для объектов быть отдельными и различными во вселенной, подчиняющейся квантовым законам. В этой главе изучается квантовая механика, включая понятия вероятностных волн и интерференционных картин, спина частиц, эксперимента с двумя щелями для фотонов и принципа неопределенности Гейзенберга. Читателю также сообщается о вызовах, которые Альберт Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен бросили квантовой механике.

Часть II: Время и опыт

Вторая часть начинается с рассмотрения вопроса о том, что время – это очень знакомое понятие, но при этом одно из наименее понятых человечеством. В пятой главе, "Замерзшая река", рассматривается вопрос: "Течет ли время?" Один из ключевых моментов в этой главе касается специальной теории относительности. Наблюдатели, движущиеся относительно друг друга, имеют различные представления о том, что существует в данный момент, и, следовательно, различные представления о реальности. Вывод заключается в том, что время не течет, поскольку все вещи существуют одновременно. В шестой главе "Случай и стрела" задается вопрос: "Есть ли у времени направление?" Читатель узнает, что законы физики применимы как при движении вперед во времени, так и назад во времени. Такой закон называется симметрией относительно времени. Одна из основных тем этой главы – энтропия. Приводятся различные аналогии для иллюстрации принципов работы энтропии и ее кажущихся парадоксов. Кульминацией главы является взаимосвязь между энтропией и гравитацией, а также утверждение, что начало Вселенной должно соответствовать состоянию минимальной энтропии. В главах 5 и 6 время рассматривалось только с точки зрения классической физики. Глава 7, "Время и квант", дает представление о природе времени в квантовом мире. Вероятность играет важную роль в этой главе, поскольку является неотъемлемой частью квантовой механики. Эксперимент с двумя щелями вновь рассматривается, чтобы раскрыть информацию о прошлом. В этой главе представлено множество других экспериментов, таких как эксперимент с квантовым ластиком с отложенным выбором. Также привлекается внимание читателя к другим важным вопросам, таким как квантовая механика и опыт, а также квантовая механика и проблема измерения. Наконец, в этой главе рассматривается важная тема декогерентности и ее значение для макроскопического мира.

Часть III: Пространство-время и космология

В третьей части рассматривается макроскопическая область космоса. Глава 8, "О снежинках и пространстве-времени", сообщает читателю, что история Вселенной, по сути, является историей симметрии. Симметрия и её значение для космической эволюции становятся центральной темой этой главы. Общая теория относительности вновь рассматривается как растяжимая ткань пространства-времени. Космология, симметрия и форма пространства объединяются по-новому. В главе 9, "Испарение вакуума", вводится теоретическая идея бозона Хиггса. Эта глава посвящена критической первой доле секунды после Большого взрыва, когда количество симметрии во Вселенной, как полагают, резко изменилось посредством процесса, известного как спонтанное нарушение симметрии. В этой главе также задействована теория великого объединения, и энтропия рассматривается повторно. Глава 10, "Деконструкция Большого взрыва", делает инфляционную космологию ключевой темой. Учитываются общая теория относительности и открытие тёмной энергии (отталкивающей гравитации), а также космологическая постоянная. Рассматриваются определённые проблемы, возникающие в рамках стандартной теории Большого взрыва, и предлагаются новые решения с использованием инфляционной космологии, включая проблему горизонта и проблему плоскостности. Также обсуждается распределение материи во Вселенной, в том числе понятия тёмной материи и тёмной энергии. Глава 11, "Кванты в небе с бриллиантами", продолжает тему инфляции, и стрела времени вновь становится предметом обсуждения. В этой главе рассматриваются три основных аспекта: формирование структур, таких как галактики, количество энергии, необходимое для возникновения наблюдаемой Вселенной, и происхождение стрелы времени.

Часть IV: Происхождение и объединение

Часть IV посвящена новым теоретическим аспектам физики, особенно в области исследований автора. Глава 12, "Мир на струне", знакомит читателя со структурой пространственно-временного континуума согласно теории струн. Вводятся новые понятия, такие как длина Планка и время Планка, а также вновь рассматриваются идеи, представленные в книге "Элегантная Вселенная". Читатель узнает, как теория струн может преодолеть разрыв между общей теорией относительности и квантовой механикой. Глава 13, "Вселенная на бране", развивает идеи, изложенные в главе 12, в частности, касающиеся M-теории, частью которой является теория струн. Эта глава посвящена спекуляциям о природе пространства и времени. Представлены взгляды ряда физиков, включая Эдварда Виттена и Пола Дирака. Основное внимание в главе уделяется гравитации и её связи с дополнительными измерениями. В конце главы краткий раздел посвящен циклической модели.

Часть V: Реальность и воображение

Часть V посвящена множеству теоретических концепций, включая путешествия в пространстве и времени. Глава 14, "В небесах и на Земле", рассказывает о различных экспериментах с пространством и временем. В ней возвращаются теории, представленные в предыдущих главах, такие как теория Хиггса, суперсимметрия и теория струн. Описываются планируемые эксперименты, призванные проверить многие из обсуждаемых теоретических концепций, включая состав темной материи и темной энергии, существование бозона Хиггса и подтверждение существования дополнительных пространственных измерений. Глава 15, "Телепорты и машины времени", посвящена путешествиям в пространстве и времени с использованием захватывающих методов. Квантовая механика вновь становится актуальной, когда читатель знакомится с телепортацией. Ставятся вопросы, связанные с парадоксами путешествий во времени, например, возможность путешествия в прошлое. В конце главы рассматриваются червоточины и лежащая в их основе теория. Глава 16, "Будущее намека", посвящена черным дырам и их связи с энтропией. Основная идея этой главы заключается в том, что пространство-время, возможно, не является фундаментальной основой структуры Вселенной.

Прием

"Ткань космоса" стала самой популярной научно-популярной книгой среди покупателей Amazon.com в 2005 году и вошла в список бестселлеров The New York Times — с момента публикации 10 февраля 2004 года она 10 раз появлялась в Топ-15 нехудожественной литературы, достигнув 3-го места 4 апреля, после чего покинула список 9 мая. С первым тиражом в 125 000 экземпляров и будучи основным выбором Клуба книги месяца, издательство Knopf рассчитывало на её успех.

Данные публикации

Ткань космоса: пространство, время и структура реальности (2004). Издательство Альфреда А. Кнопфа, входящее в состав Random House,